Madde ve Özellikleri
I.DERS
Kaynaklar:
ar 1
2
GENEL KİMYA
Raymond CHANG
Çeviri Editörleri:
3
GENEL KİMYA1/2
Petrucci -Horwood –Herring
Çeviri ed.
T. UYAR-S. AKSOY
Kaynaklar:
4MODERN
ÜNİVERSİTE
KİMYASI 1/2
C.E. MORTIMER Çeviri T. ALTINATA vd5
Kimya Nedir?
Kimya, evrendeki bütün maddelerin özelliklerini ve değişimlerini inceleyen bir bilim dalıdır.• Biyoloji, eczacılık ve tıp
Anestezi, aşı, ilaç, gen tedavisi •Enerji ve çevre
Fosil yakıtlar, güneş enerjisi, nükleer enerji • Malzeme ve teknoloji
Polimerler, seramikler, moleküler bilgisayarlar
• Tarım ve gıda
6
7
KİMYANIN BÖLÜMLERİ
ORGANİK KİMYA: C ve bileşiklerini inceler. İNORGANİK KİMYA: Genellikle C ve bileşikleri
dışındaki maddeleri inceler.
ANALİTİK KİMYA: Maddelerin tanınması, analizi,
bileşiminin nicel ve nitel yönden incelenmesiyle ilgilenir.
FİZİKOKİMYA: Maddelerin enerji ilişkilerini ve hal
değişimlerini inceler.
BİYOKİMYA: Canlıların yapısında gerçekleşen
kimyasal olayları ve bunların sonuç ve etkilerini inceler.
NÜKLEER KİMYA: Atom çekirdeğindeki
Madde nedir?
•
Kütlesi olan ve uzayda yer kaplayan herşey maddedir.
•
Tüm maddeler, en azından ilke olaraküç halde bulunabilirler: katı, sıvı ve gaz.
9
Maddenin Yapısı
Madde: Tanecikli yapıda Boşluklu yapıda Hareketli yapıda10
Maddenin Yapısı
Madde taneciklerden meydana geliyorsa,
tanecikler neden görülemiyor?
1 damla suda 2x1021 tane su
molekülünün (H2O, suyu oluşturan
tanecikler) bulunması, çıplak gözle
neden maddeyi oluşturan taneciklerin görülmediğini açıklar.
11
Maddenin Yapısı
Maddedeki tanecikler: Atomlar Moleküller İyonlar12
Maddenin Yapısı
Demir çubuk, bir şişedeki cıva, bakır kap,
alüminyum çerçeve, tanecikleri atomlar olan maddelere örnek verilebilir.
Bir kaptaki su (H2O), alkol (C2H5OH), aseton (C3H6O), çay şekeri (C12H22O11) ve bir tüpteki oksijen (O2) tanecikleri
moleküller olan maddelere örnek teşkil
13
Maddenin Yapısı
Tanecikleri iyonlar olan maddeler:
Sodyum klorür (yemek tuzu) NaCl Na+, Cl
- Kalsiyum Karbonat (kireç taşı) CaCO3
Ca2+, CO3
2- Sodyum karbonat (çamaşır sodası)
2-14
Maddenin Yapısı
Maddenin boşluklu yapısı: 50 mL su ve 50 mL alkol karıştırıldığı zamantoplam hacim daima 100 mL den daha az (90-95 mL) olur. Bu durum nasıl açıklanabilir?
Aynı durum, taneli yapılı
maddeler (nohut-pirinç vb) içinde düşünülebilir.
15
Maddenin Yapısı
Maddenin Taneciklerinin Hareketliliği
Maddenin taneciklerinin hareketli olduğu,
maddenin gaz hali göz önüne alındığında daha kolay anlaşılır.
Bir maddenin gaz halindeki tanecikleri
hareketli olmasaydı, evde hangi
yemeklerin piştiği apartman girişinde anlaşılabilir miydi?
16
Maddenin Halleri
Maddenin bulunma durumlarına
maddenin halleri denir.
Maddenin halleri
Katı Sıvı Gaz
17
18
Maddenin Halleri
Su molekülünün üç hali
20
Maddenin Halleri
Madde Hallerinin Özellikleri
Hal Özellik
Katı(k) Kütlesi, hacmi ve şekli belirlidir.
Sıvı(s) Kütle ve hacim belirlidir.
Şekil değişir ve konulduğu kabın şeklini alır.
Gaz(g) Kütle belirlidir. Konulduğu
kabın hacmini kaplar.
21
Maddenin Halleri
Maddenin Plazma Hali: Elektrikçe nötr
olan; atom, iyon, elektron ve moleküllerin bir arada bulunduğu karışıma plazma
hali denir.
Daha çok yüksek sıcaklık ve basınçta
plazma hali ile karşılaşılır.
Güneş, kibrit alevi, floresan lambadaki
ışıldama maddenin plazma haline örnek verilebilir.
Çekirdek Birleşmesi - Füzyon
Çekirdek birleşmesi, küçük çekirdeklerin daha büyük bir çekirdek oluşturmak için birleşmesidir. İki hafif çekirdek daha büyük ve kararlı bir çekirdek oluşturmak üzere birleşirse önemli miktarda enerji açığa
çıkar.
Çekirdek birleşmesi güneşte sürekli olarak meydana gelir. Güneş hidrojen (H) ve helyumdan (He) oluşmuştur. Bu atomlar da elektron, H+ ve He2+ şeklinde iyonlaşmışlardır. 15000000 oC’lik bir sıcaklığı olan güneşin iç kısmında aşağıdaki birleşme reaksiyonları olur:
11H + 12H → 23He
23He + 23He → 24He + 211H 11H + 11H → 12H + +10β
Bu olay çekirdek birleşmesi ile enerji üretimi düşüncesinin temel dayanağıdır.
Kısaca, güneşin enerji kaynağını 4 Hidrojen atomunun 1
Helyum atomuna dönüşmesi sırasında gerçekleşen reaksiyon karşılar.
4 H atomu 4,032 akb birim ağırlıktadır. Halbuki 1 He atomu 4,003 akb birim ağırlıktadır.
Bu olay sonucunda 0,029 akb kütle E = mc2 bağıntısı sonucu enerjiye dönüşmektedir. Yani güneşte her saniyede
564 milyon ton H, 560 milyon ton He’a dönüşmekte ve
kaybolan 4 milyon ton kütle enerjiye dönüşerek ışınım şeklinde uzaya yayılmaktadır.
Bu enerji miktarı 3.86 x 1026 J’ dür. Toplam enerji rezervi 1.785 x 1047 J olan Güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden dünya için sonsuz olarak kabul edilebilecek bir enerji kaynağıdır.
24
Maddedeki Hal Değişimleri
Katı
SIVI
Gaz
Buharlaşma Yoğunlaşma Erime Donma K ır a ğı la şm a S üb li m le şm e25
Maddenin Sınıflandırılması
Çevremizde görülen bütün maddeler
aşağıdaki gibi sınıflandırılır. Madde
Saf maddeler Karişimlar
Elementler Bileşikler Homojen
Karişimlar HeterojenKarişimlar
Süspansiyonlar (Kireçli su) Emülsiyonlar (Yağ+su) f iziksel yöntemlerle
ayrilabilir
Kimyasal yöntemlerle ayrilabilir
26
Saf maddeler ve karışımlar
Bir saf madde, belirli ya da sabit bir bileşimi olan ve kendine özgü
özellikleriyle ayırt edilebilen maddedir.
Bir karışım, iki ya da daha fazla saf
maddenin bir araya gelmesiyle oluşur.
Karışımın bileşimi maddenin her
tarafında aynı ise homojendir.
Karışımın bileşimi maddenin her
27
Karışımlar
Bileşimleri belli bir kimyasal formülle
ifade edilemeyen maddelerdir.
Karışımların erime ve kaynama noktaları
sabit değildir.
Tuzlu su, içme suyu, çay, kahve ve
toprak karışımlara örnek olarak verilebilir.
28
Homojen Karışımlar
Alaşımlar ve çözeltiler homojen karışımlardır.
Çözelti; çözünen ve çözücü’den oluşup
29
Çözeltiler
Çözelti çeşidi Örnekler
Sıvı-sıvı Kolonya (alkol-su-esans)
Katı-sıvı Tuzlu su, şekerli su
Katı-katı Alaşımlar:
Demir-karbon (çelik), bakır-çinko (pirinç) vb
Sıvı-gaz Kolalı içecekler
30
Heterojen Karışımlar
Her tarafında aynı özelliğe sahip
olmayan karışımlara heterojen karışım
denir.
Heterojen karışımlarda iki faz ayrı ayrı
31
Heterojen Karışımlar
Sıvı-katı heterojen karışımlara
süspansiyon denir.
Su-kum, su-un, bulut (hava-su buharı
karışımı), ayran birer süspansiyon örneğidir.
Sıvı-sıvı heterojen karışımlara emülsiyon
denir.
Su-zeytin yağı, su-benzin karışımı birer
32
Aerosol (Heterojen karışım)
Bir sıvının ya da bir katının gaz içinde
çözünmesi
Örneğin;
Sigara dumanı (Gaz içinde katı) Toz bulutu (Gaz içinde katı)
Sis (Gaz içinde sıvı)
Köpük (Gaz içinde sıvı)
33
Karışımlar fiziksel yollarla bileşenlerine ayrılabilirler.
Mıknatıs yardımıyla Distilasyon
Element ve bileşikler
Saf madde kimyasal yollarla daha basit
bileşenlerine ayrılamıyorsa bu madde
elementtir.
Henüz 114 tane element bilinmektedir.
Bunların sadece 82 tanesi doğal, 32 tanesi ise yapaydır.
35
Element ve bileşikler
Farklı cins elementlerin atomlarının bir
araya gelerek oluşturdukları
taneciklerden (moleküller veya iyonlar)
meydana gelen maddelere bileşik denir.
Bileşikler saf maddelerdir.
Bütün saf maddelerin erime ve kaynama
noktaları sabittir.
Bileşikler sadece kimyasal yollarla
Bileşikleri ya da elementleri oluşturan en küçük tanecikler atom kümeleriyse molekül olarak
adlandırılırlar.
Alüminyum elementi atomik yapıdayken oksijen elementi moleküler yapıdadır.
36
37
Bileşikler
Bileşik adı Formülü Bileşik Çeşidi
Su H2O moleküler
Etil alkol C2H5OH moleküler
Aseton C3H6O moleküler
Karbon dioksit CO2 moleküler
Sodyum klorür NaCl iyonik
38
Maddenin Ayırt Edici Özellikleri
Ayırt Edici Özellik Katı Sıvı Gaz
Özkütle + + + Erime noktası + - -Donma noktası - + -Kaynama noktası - + -Yoğunlaşma noktası - - + Çözünürlük + + + Genleşme + + -Esneklik + -
-39
Maddenin Genel Özellikleri
Hacim
Kütle
Eylemsizlik (Cisimlerin hareket
40
Maddenin ayırt edici özellikleri
Yalnız öz kütlesi veya yalnız
erime noktası veya yalnız
kaynama noktası bilinen bir
maddenin hangi madde olduğu
anlaşılabilir mi?
41
Maddenin ayırt edici özellikleri
• Nikelin öz kütlesi 8,9 g/cm3’tür. Acaba öz
kütlesi 8,9 g/cm3 olan bir madde nikel midir?
• Öz kütlesi demirin 7,86 g/cm3 ve gümüşün
10,5 g/cm3 ’tür. Belli bir oran da demir ve gümüşten karıştırarak öz kütlesi 8,9 g/cm3 olan alaşım hazırlanabilir. Bu durumda öz kütleleri 8,9 g/cm3 olan madde nikel de
olabilir, demir – gümüş alaşımı da olabilir. Demek ki, öz kütle yalnız başına tam
anlamıyla ayırt edici olma özelliği göstermeyebilir.
42
Maddenin ayırt edici özelliklerinin
her biri tek başına yeterli mi?
Erime noktası
Kaynama noktası
Yoğunluk
Kırılma indisi İletkenlik
vb fiziksel özellikler tek başlarına bir maddeyi teşhis etmek için kullanılamazlar. Aynı erime noktasına sahip binlerce molekül vardır.
43
Fiziksel ve Kimyasal Özellikler
Maddenin rengi, kokusu, hacmi, hali,
yoğunluğu, erime noktası ve kaynama noktası gibi bazen beş duyumuzla doğrudan bazen de ölçümler yaparak tespit edilen özelliklere
maddenin fiziksel özellikleri denir.
Maddenin enerji etkisiyle ya da diğer kimyasal
maddelerle yeni maddeler oluşturabilme
yeteneğine maddenin kimyasal özellikleri
44
Fiziksel ve Kimyasal Değişmeler
Maddenin taneciklerinin yapısının
değişmediği durumdaki değişmelere
fiziksel değişme denir.
Maddenin hal değiştirmesi bir fiziksel
değişmedir.
Hal değişimi sırasında maddenin
taneciklerinin yapısında bir değişme
olmaz. Sadece, taneciklerin enerjileri ve bir araya gelme biçimleri değişir.
45
Fiziksel ve Kimyasal Değişmeler
Maddenin taneciklerinin yapısının
değiştiği durumdaki değişmelere
kimyasal değişme denir.
Odunun yanması, dinamit’in ısıtıldığında
patlaması, demirin paslanması birer kimyasal değişme örnekleridir.
46
Kimyasal Değişme (Reaksiyon)
Kimyasal değişmelere çoğunlukla
“Kimyasal Reaksiyon” denir.
Bir kimyasal reaksiyonda, başlangıçta
alınan maddelere “reaktantlar” veya
reaksiyona girenler denir.
Reaksiyon sonucunda meydana
gelenlere de ürünler denir.
47
Fiziksel değişim bir maddenin kompozisyonunu ya da bileşimini değiştirmez.
Kimyasal değişim ise maddenin kompozisyonunu ya da bileşimini değiştirir.
(Buzun erimesi ya da şekerin suda çözünmesi)
H2 havada yandığı zaman suya dönüşür.
Yaygın Elementler ve Sembolleri
48
Al Alüminyum Ag Gümüş Mg Magnezyum Au Altın He Helyum Ne Neon Ar Argon H Hidrojen Ni Nikel As Arsenik I İyot O Oksijen N Azot Sn Kalay Pt Platin Cu Bakır Ca Kalsiyum K Potasyum Ba Baryum C Karbon Cs Sezyum Br Brom Cl Klor Si Silisyum Hg Civa Co Kobalt Sr Stronsiyum Zn Çinko Pb Kurşun Ti Titan F Flor S Kükürt U Uranyum P Fosfor Li Lityum Xe Ksenon
İYONLAR
1-Katyonlar: Yüksüz atom elektron verdiğinde katyona dönüşür.
Anyonlar: Yüksüz atom elektron aldığında anyona dönüşür
Ölçme
51 Kimyasal çalışmalar ağırlıklı olarak
ölçmeler üzerinedir.
Maddelerin özellikleri yapılan ölçümlerle belirlenir.
Ölçülen bir miktar genel olarak sayılarla ve uygun birimlerle ifade edilir.
52
SI (Systeme International d’Unites) Birimleri
Günümüzde ölçüm birimleri olarak, Uluslararası Birimler Sistemi (SI) adı verilen bir standart birim sistemi kullanılmaktadır.
Temel SI Birimleri
Fiziksel büyüklük Birim adı Kısaltılışı
Kütle kilogram kg
Uzunluk metre m
Zaman saniye s
Sıcaklık kelvin K Madde miktarı mol mol Elektrik akımı amper A Aydınlatma şiddeti kandil cd
Kütle ve Ağırlık
Kütle (mass), madde miktarının değişmez bir
ölçüsüdür.
Ağırlık (weight) ise, madde ile yer küre
arasındaki çekim kuvvetidir.
w = mg
Edwin Aldrin ay yüzeyinde. Resim 1969’da Neil Armstrong tarafından çekilmiştir. Armstrong’un ve Aldrin’in giydiği elbiseler çok fazla yük gibi görünüyor. Fakat, ay kütlesi, dünyanın 1/81’i ve aradaki çekim ivmesi, yerçekiminin 1/6’sı olduğu için bu elbiselerin aydaki ağırlığı dünyadaki ağırlığının sadece 6’da 1’idir.
Çanakkale ile Kars şehirleri yaklaşık aynı enlemde olmalarına rağmen herhangi bir nesnenin ağırlığı Kars’ta daha azdır (yükseklik farkı). Sinop ile Mersin şehirlerinin her ikisi de deniz seviyesinde olmasına rağmen herhangi bir nesnenin ağırlığı Sinop’ta daha büyüktür (enlem farkı).
Görüldüğü gibi ağırlık yer değişikliğinde değişebilirken, kütle değişmez.
55
Birim Sistemleri
Bir büyüklüğü ölçmek için karşılaştırma
amacıyla seçilen aynı cinsten büyüklüklere birim denir.
Kimya’da kullanılan SI Uluslararası birimler:
(The International System of Units, Système International d'Unités)
KÜTLE: ton, kg, g, mg
1000 mg = 1 g
1000 g = 1 Kg
56
Birim Sistemleri
MADDE MİKTARI: Mol
Bir kimyasal türün 1 mol’ü, 6,022.1023
atom, molekül, iyon, elektron veya iyon
çiftidir.
HACİM: L, mL, cm3
Uzunluğun küpü
57 57
1999’da Mars’a gönderilen ilk iklim uydusu ($125,000,000 ) planlanan daha fazla (100 km) mars atmosferine girmiş ve ısınarak parçalanmıştır. Hata İngiliz birim sisteminden SI birim sistemine dönüştürme işleminden kaynaklanmıştır.
1 lb = 1 N
1 lb = 4.45 N
Kuvvet = kütle x ivme 1 lb = 0,4536 kg
58
Hacim (m
3)
1 cm3 = (1 x 10-2 m)3 = 1 x 10-6 m3 1 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m3 1 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1 dm3 1 mL = 1 cm359 59
Yoğunluk (kg/m
3)
1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3
yoğunluk = hacimkütle d = Vm
Yoğunluğu 21,5 g/cm3 olan bir platin metalinin hacmi
4.49 cm3’ ise kütlesi kaç gramdır?
d = Vm
61
Birim Sistemleri
ZAMAN:
Yıl, ay, gün, saat, dakika, saniye
UZUNLUK:
Metre (ve alt ve üst katları)
Angstrom (Å) = 10-10 m
Uzunluk önekleri
63
Sıcaklık
K = 0C + 273 273 K = 0 0C 373 K = 100 0C 0F = x 9 0C + 32 5 32 0F = 0 0C 212 0F = 100 0C64 172.9 0F’ı Celsius (0C)’ a çeviriniz. 0F = x 9 0C + 32 5 0F – 32 = x 9 0C 5 x (0F – 32) = 0C 9 5 0C = x (0F – 32) 9 5 0C = x (172.9 – 32) = 78,3 9 5
65
Birim Sistemleri
BASINÇ
Atm, Bar, Torr, mm-Hg
1 atm= 760 torr=760 mm-Hg
66
Birim Sistemi
Birim sistemlerinde kullanılan alt ve üst
kat önekleri
ÖNEK KAT SEMBOL
mili 10-3 kat m
kilo 103 kat k
mikro 10-6 kat
67
Birim Sistemi
Kimyada Kullanılan Bazı Sabitler
R (İdeal Gaz Sabiti)
R=0,082 L.atm./mol. K
R=1,987 kal./mol. K
R= 8,314 jull /mol. K
68
ANLAMLI SAYILAR
Milattan önce 4000 li yıllar ifadesindeki 4000
rakamının doğruluk ve hassasiyeti nedir?
3 gr, 3,0 gr, 3,00 gr aynı mıdır? 40±2 neyi ifade eder?
sayısı kaç basamak?
3,14159265358979323846264338327950288419716939 93751058……….
69
ANLAMLI SAYILAR
YUVARLAMA:
Virgülden sonra alınacak hane basamağından
sonra gelen rakamlar 0,1,2,3 ve 4 ise atılır;
Virgülden sonra alınacak hane basamağından
5, 6, 7, 8 ve 9 ise en son kalan rakam bir artırılır
Örneğin 3,141592 … rakamı virgülden sonra
iki haneli olacaksa 3.14 olur eğer virgülden sonra üç hane olacaksa 3,142 olur
70
ANLAMLI SAYILAR
Üslü sayılar 0,000000106= 1,06x10-7 1060000000=1,06 x109 753279880650=7,53x101171
ÇEVİRME FAKTÖRÜ
Matematiksel işlemlerde birimler dikkate
alınmalı ve çevirme faktörleri kullanılarak anlamlı birimleri ifade eden rakamlar elde edilmelidir. İstenen miktar ve birimi X Verilen miktar ve birimi Çevirme f aktörü
72
ÇEVİRME FAKTÖRÜ
Örnek: 36 km/saat kaç m/sn’dir?
? m sn 36 km saat X 1000 m 1 km X 1 saat 3600 sn İstenen miktar ve birimi Verilen miktar ve birimi Çevirme f aktörü 10 m/sn